Pengaruh angin pada bangunan

DEFINISI

Angin adalah udara yang bergerak karena bagian-bagian udara  didorong dari daerah bertekanan tinggi (suhu dingin) ke daerah yang  bertekanan rendah (suhu panas).

Perbedaan tekanan dapat dicapai oleh :

1. Perbedaan suhu yang horisontal akan menimbulkan tekanan.
2. Perbedaan suhu yang vertikal akan menimbulkan perbedaan berat jenis.

PRINSIP VENTILASI HORISONTAL

Disebabkan oleh arus angin yang datang horisontal dari sumber angin. Perbedaan tekanan yang timbul dalam menyusun letak gedung bisa dimanfaatkan, yaitu :

1. Menciptakan perbedaan suhu udara pada sisi gedung.

Satu sisi di buat sejuk, sisi lain dibuat panas sehingga terjadi aliran udara.

Misal:

-          Dibuat kolam yang dapat membantu udara tetap lembab

-          Penanaman pohon rindang

Gambar 1. Pohon-pohon cemara yang tinggi dan yang ditanam rapat sungguh baik dijadikan dinding penanggulangan angin.  Akar-akarnya kuat bertahan dan hampir tidak bisa tumbang. Juga praktis dapat berfungsi sebagai penyalur/penahan bahaya petir.

2. Membuat lubang-lubang ventilasi dalam ruangan pada dinding-dinding yang saling berhadapan (ventilasi silang).
3. Atap dibuat sedemikian rupa, sehingga udara panas yang terkumpul dapat digantikan dengan udara segar.

Misal:       

-          Atap dari genteng memiliki banyak rongga, dapat membantu mengalirkan udara yang terkumpul pada atap.

-          Atap diberi lapisan aluminium foil dibawah genteng untuk merefleksikan panas.

-          Permainan tinggi rendah plafond dapat membantu terjadinya proses ventilasi silang.

PRINSIP VENTILASI VERTIKAL

Aliran udara terjadi karena perbedaan berat jenis udara luar dan dalam bangunan. Berat jenis kecil udara mengalir ke atas, berat jenis besar udara mengalir ke bawah (efek cerobong).

GERAKAN ANGIN

Gerakan angin dibedakan menjadi:

1. Kawasan mikro        :  angin setempat (cepat berubah, waktu singkat).
2. Kawasan makro       :  angin antar benua dan samudra (penyebab adanya siklus musim kemarau dan hujan).

SKALA BEAUFORT UNTUK KECEPATAN ANGIN

Alat untuk mengukur kecepatan angin : anemometer (km/jam, mil/jam, m/s).

Sir Francis Beaufort (1808), ahli ilmu bumi Inggris, melakukan pengamatan gerak asap yang mengepul ke atas sehingga membagi angin menjadi 12 bagian, yaitu:

Nomor Beaufort	Gejala	Kecepatan (mph)	kmph
0	Asap mengepul vertikal	< 1	4,6
1	Arah angin tampak dari serabut-serabut lepas dari asap.	1 – 3	1,6 – 4,8
2	Angin terasa di wajah. Daun berisik. Kepulan asap condong menunjukkan arah angin	4 – 7	6,4 – 11,2
3	Daun dan ranting kecil bergerak terus dan dapat mengibarkan bendera ringan.	8 – 12	12,8 – 19,2
4	Menghambur debu dan menerbangkan kertas.	13 – 18	20,8 – 29,6
5	Pohon-pohon kecil bergoyang	19 – 24	31,2 – 39,2
6	Cabang-cabang besar pohon bergerak. Payung sulit dikuasai	25 – 31	40,8 – 50,4
7	Pohon-pohon bergoyang. Berjalan melawan angin harus cukup bertenaga.	32 – 38	52 – 61,6
8	Dahan-dahan kecil putus. Berjalan melawan angin sulit.	39 – 46	63,2 – 74,4
9	Timbul kerusakan-kerusakan kecil pada bangunan. Genting-genting mulai berterbangan.	47 – 54	76 – 87,2
10	Pohon-pohon ambruk. Kerusakan bangunan lebih parah.	55 – 63	88,8 – 103,6
11	Malapetaka kerusakan meluas	64 – 75	105,2 – 120
12	Angin taufan (hurricane)	> 75	120

Gambar 2. Kompleks Bakti Praja Pangkalan Kerinci patah diterpa angin kencang. (Metro Riau, Senin, 27 April 2009)

BEBAN ANGIN

Besarnya beban angin yang bekerja pada struktur bangunan tergantung dari kecepatan angin, rapat massa udara, letak geografis, bentuk dan ketinggian bangunan, serta kekakuan struktur. Bangunan yang berada pada lintasan angin, akan menyebabkan angin berbelok atau dapat berhenti. Sebagai akibatnya, energi kinetik dari angin akan berubah menjadi energi potensial, yang berupa tekanan atau hisapan pada bangunan.

Gambar 3. Pengaruh angin pada bangunan

Salah satu faktor penting yang mempengaruhi besarnya tekanan dan hisapan pada bangunan pada saat angin bergerak adalah kecepatan angin. Besarnya kecepatan angin berbeda-beda untuk setiap lokasi geografi. Kecepatan angin rencana biasanya didasarkan untuk periode ulang 50 tahun. Karena kecepatan angin akan semakin tinggi dengan ketinggian di atas tanah, maka tinggi kecepatan rencana juga demikian. Selain itu perlu juga diperhatikan apakah bangunan itu terle tak di perkotaan atau di pedesaan. Seandainya kecepatan angin telah diketahui, tekanan angin yang bekerja pada bagunan dapat ditentukan dan dinyatakan dalam gaya statis ekuivalen.

Pola pergerakan angin yang sebenarnya di sekitar bangunan sangat rumit, tetapi konfigurasinya telah banyak dipelajari serta ditabelkan. Karena untuk suatu bangunan, angin menyebabkan tekanan maupun hisapan, maka ada koefisien khusus untuk tekanan dan hisapan angin yang ditabelkan untuk berbagai lokasi pada bangunan.

Untuk memperhitungkan pengaruh dari angin pada struktur bangunan, pedoman yang berlaku di Indonesia mensyaratkan beberapa hal sebagai berikut:

-          Tekanan tiup angin harus diambil minimum 25 kg/m².

-          Tekanan tiup angin di laut dan di tepi laut sampai sejauh 5 km dari pantai, harus diambil minimum 40 kg/m².

Untuk tempat-tempat dimana terdapat kecepatan angin yang mungkin mengakibatkan tekanan tiup yang lebih besar. Tekanan tiup angin (p) dapat ditentukan berdasarkan rumus empris:

p = V²/16 (kg/m²)

dimana V adalah kecepatan angin dalam satuan m/detik.

Berhubung beban angin akan menimbulkan tekanan dan hisapan, maka berdasarkan percobaan-percobaan, telah ditentukan koefisien-koefisien bentuk tekanan dan hisapan untuk berbagai tipe bangunan dan atap. Tujuan dari penggunaan koefisien-koefisien ini adalah untuk menyederhanakan analisis. Sebagai contoh, pada bangunan gedung tertutup, selain dinding bangunan, struktur atap bangunan juga akan mengalami tekanan dan hisapan angin, dimana besarnya tergantung dari bentuk dan kemiringan atap (Gambar 4). Pada bangunan gedung yang tertutup dan rumah tinggal dengan tinggi tidak lebih dari 16 m, dengan lantai-lantai dan dinding-dinding yang memberikan kekakuan yang cukup, struktur utamanya (portal) tidak perlu diperhitungkan terhadap angin.

Gambar 4. Koefisien angin untuk tekanan dan hisapan pada bangunan

Pada pembahasan di atas, penga ruh angin pada bangunan dianggap sebagai beban-beban statis. Namun perilaku dinamis sebenarnya dari angin, merupakan hal yang sangat penting. Efek dinamis dari angin dapat muncul dengan berbagai cara. Salah satunya adalah bahwa angin sangat jarang dijumpai dalam keadaan tetap (steadystate). Dengan demikian, bangunan gedung dapat mengalami beban yang berbalik arah. Hal ini khususnya terjadi jika gedung berada di daerah perkotaan. Seperti diperlihatkan pada Gambar 3, pola aliran udara di sekitar gedung tidak teratur. Jika gedung-gedung terletak pada lokasi yang berdekatan, pola angin menjadi semakin kompleks karena dapat terjadi suatu aliran yang turbulen di antara gedung-gedung tersebut. Aksi angin tersebut dapat menyebabkan terjadinya goyangan pada gedung ke berbagai arah.

Angin dapat menyebabkan respons dinamis pada bangunan sekalipun angin dalam keadaan mempunyai kecepatan yang konstan. Hal ini dapat terjadi khususnya pada struktur-struktur yang actore fleksibel, seperti struktur atap yang menggunakan kabel. Angin dapat menyebabkan berbagai distribusi gaya pada permukaan atap, yang pada gulirannya dapat menyebabkan terjadinya perubahan bentuk, baik perubahan kecil maupun perubahan yang besar. Bentuk baru tersebut dapat menyebabkan distribusi tekanan maupun tarikan yang berbeda, yang juga dapat menyebabkan perubahan bentuk. Sebagai akibatnya, terjadi gerakan konstan atau flutter (getaran) pada atap. Masalah flutter pada atap merupakan hal penting dalam mendesain struktur fleksibel tersebut. Teknik mengontrol fenomena flutter pada atap mempunyai implikasi yang cukup besar dalam desain. Dengan Efek dinamis angin juga merupakan masalah pada struktur bangunan gedung bertingkat banyak, karena adanya fenomena resonansi yang dapat terjadi.

KECEPATAN ANGIN

Secara umum, kecepatan angin terus bertambah seiring dengan pertambahan ketinggiannya, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Tingkat pertambahan kecepatan angin ini merupakan faktor dari kekasaran tanah, yang awalnya diperlambat dari tanah hingga makin cepat sesuai pertambahan ketinggian. Semakin banyak halangan pada keadaan sekeliling (pohon, gedung, rumah, dsb), ketinggian yang diperlukan angin untuk mencapai kecepatan maksimum (Vmax) juga semakin besar.

Gambar 5. Kecepatan maksimum angin

PENYEBAB, AKIBAT DAN UPAYA PENCEGAHAN

Penyebab yang sering mengakibatkan kerusakan bangunan akibat angin:

1. Dimensi kekecilan
2. Akibat Puntir
3. Mutu beton tidak memenuhi syarat
4. Pembesian tidak benar
5. Metode pelaksanaan tidak benar
6. Kesalahan pelaksanaan

Akibat yang timbul pada bangunan:

1.            Bangunan terangkat

2.            Bangunan bergeser dari pondasinya

3.            Robohnya bangunan

4.            Atap terangkat

5.            Bangunan rusak

Upaya preventif tekanan dan hisapan adalah dengan cara:

1. Penerapan prinsip tanggul atau perisai, misalnya dengan pohon tinggi berdaun rapat,atau dengan pagar tembok dengan memberi perkuatan berupa kolom praktis pada jarak 3 – 4 meter dan kolom perkuatan yang miring posisinya pada jarak 6 – 8 meter, serta menggunakan slop dan balok atas dinding.
2. Lokasi terlindungi. Bangunan berada pada permukaan tanah yang lebih rendah, sehingga angin yang bergerak tertahan oleh permukaan tanah yang tinggi.
3. Menanam pohon pada jarak yang cukup (minimal 6 meter) dari bangunan.
4. Ketinggian bangunan dan penggunaan atap yang tidak curam.
5. Membangun bangunan baru atau rumah atau lainnya, memerhatikan persyaratan penting, yaitu:

-          Lebar atau bentang bangunan idealnya

-          Bahan kerangka bangunan

-          Hubungan antar unsur (slop, kolom, balok ring, dll)

-          Hubungan kuda-kuda dengan ring balok

-          Bahan kuda-kuda dengan menggunakan baja atau kayu 

-          Terjadi momen pada hubungan kuda-kuda dan ring balok.